交通领域新兴技术案例集/区块链

区块链在交通中的应用

本案例回顾了区块链在交通领域的应用。这是亚历山大·默克尔、法丽达·易卜拉欣和耶夫塔·恩蒂的合作成果，他们是撰写本文时就读于乔治·梅森大学交通政策、运营与物流项目的研究生。本案例集探讨了区块链技术在交通领域的应用和政策挑战。它是作为乔治·梅森大学新兴技术、交通与公共政策研究生课程的作业完成的，该课程由乔纳森·吉福德博士教授。

案例摘要

运输和物流行业运输大量货物和人员，需要强大的问责制和安全流程才能确保长期成功。区块链作为一种新兴的计算机技术，为这些长期存在的问题提供了潜在的解决方案。作为最早的数字货币之一比特币的框架，区块链强大的问责制和安全性基本特征，催生了大量假设性的应用，其中许多已经成为现实。对于人类最古老的行业之一的交通运输而言，这项新技术的引入一直缓慢但稳定。总体而言，这项技术似乎有望成为该领域几乎所有企业运营的基石。

区块链

区块链“块”的简化渲染

区块链，也称为分布式账本，是一种计算机系统，它利用计算机的点对点网络来促进网络中交易的记录。 每个交易，称为一个块，都有自己的签名，称为哈希。 每个新的交易都与最后一个交易相连，并创建一个称为区块链的血统。每个区块链的创建和历史都以数字账本的形式共享在许多不同计算机的网络中，这些计算机被称为节点。 每个节点都必须就每个哈希的真实性达成一致。由于哈希已在物理上分离的节点之间分布，并且理想情况下由网络中不同的各方控制，因此要伪造哈希或以其他方式更改它，就需要在所有节点上进行更改。 这个系统使得更改变得很困难，虽然并非不可能。这个系统允许对大量信息进行广泛的记录，这些信息可用于交易或数据存储应用程序，并且易于审核以验证其有效性。比特币就是一个区块链技术的例子，它利用这项技术来记录其数字货币之间的所有交易。

参与者注释列表

公路运输

• 通用汽车：正在开发一个区块链网络，用于在乘用车行业中共享自动驾驶汽车数据

航空

• 霍尼韦尔航空航天：是最早将区块链纳入其产品线和销售的航空航天制造商之一

海运

• TradeLens：第一个专门利用区块链建立的重大航运联盟。包括创始合作伙伴
  • IBM
  • 马士基
• 全球航运业务网络 (GSBN)：与 TradeLens 竞争的联盟。包括创始合作伙伴
  • CargoSmart
  • 甲骨文

交通运输区块链联盟 (BiTA) 这是一个组织，成员来自几乎所有交通运输行业。这是一个成员驱动的组织，成员共同致力于确保各个行业利益相关者采用和开发这项技术，以帮助满足其不断变化的需求。

事件时间线

1991：斯图尔特·哈伯和斯科特·斯托内塔提出了数字文档时间戳的概念，以验证其真实性。

2000：斯蒂芬·康斯特发表了关于密码安全链理论和实施方法的论文。

2002：大卫·马齐耶斯和丹尼斯·沙沙将这一概念推向了更远，研究了块如何存储数据。

2005：计算机科学家尼克·萨博提出了一种新的基于区块链的货币，称为“比特金”。

2008：中本聪（化名）发表了《比特币：一个点对点的电子现金系统》，概述了后来成为比特币的东西

2009：比特币作为最早的基于区块链的数字货币之一推出

2009：中本聪挖出了第一个成功的区块交易

2014：区块链在支持除加密货币以外的其他类型的操作方面的潜力得到认可。这导致了区块链 2.0 的诞生，并吸引了大量投资者的投资。^,

2017：交通运输区块链联盟 (BiTA) 成立，目前是全球最大的商业区块链联盟，年收入超过 1 万亿美元

2018：竞争的基于区块链的航运网络 TradeLens 和全球航运业务网络推出

2018：霍尼韦尔航空航天推出其 GoDirect 门户网站，该门户网站利用区块链向客户销售其航空产品

政策问题识别

积极属性

区块链的简单示例

区块链技术的首要益处和应用可以分为三大类

• 安全：区块链的交织结构提供了强大的防篡改防御机制，只要它所构建的分布式网络确保没有单个参与者或参与者群体拥有超过一半的节点。
• 审计：基于血统的链和分布式交互报告的使用，使网络中所有交易的快速准确审计成为可能，从任何节点都可以进行审计。这也为网络中的任何参与者提供了审计网络中其他成员的能力。
• 轻松访问数据：记录所有交易的过程允许每个节点包含网络上的所有数据，从而立即访问所有交易的日志。这种信息的分布在许多节点之间，也为节点数据丢失的情况提供了冗余。

这些优势为交通运输提供了强大的用例，交通运输需要在该领域企业和组织构建的高容量、高价值交易中确保安全和问责制。

负面属性

与许多新技术一样，区块链技术的开发和应用初期容易受到可能阻碍其主流应用的政策问题的影响。区块链技术也不例外，由于其能够创造新的方式来促进资产转移和验证交易，从而使传统的验证交易方式变得过时，因此引发了更大的政策争论。因此，以下列出了与区块链相关的几个关键问题。

隐私/安全问题

区块链的一个基本问题是如何在不侵犯隐私的情况下使用这项技术。虽然区块链有可能促进信任和安全，但也存在其功能可能使安全数据容易受到网络攻击的风险。^[11]区块链运行在只追加数据的过程中，记录的数据将永久存储，不能删除或删除。^[12]因此，其不可变性仍然是其最大的优势，同时也是其最脆弱的特征。虽然是一项艰巨的任务，但如果黑客设法获得超过 50%（51% 攻击）的节点计算能力，他们就可以访问存储在分布式账本系统上的数据。^[13]区块链上的数据不包含个人身份信息；但仍然存在交易详情等运营数据被非法获取的风险。

立法行动

随着区块链技术的出现，其监管问题变得越来越重要。政府和政策制定者需要深入了解区块链技术，才能制定政策和监管框架。然而，作为一种新技术，一些专家和政策制定者对这项技术的潜力感到不确定。因此，人们经常争论和质疑应该实施或修订哪些法律和监管框架来支持这项技术。^[14]此外，这项技术某些组成部分的模糊性使得达成共识变得困难。例如，我们是否将智能合约视为具有法律约束力的传统协议？智能合约是传统协议的数字化形式，它们经过编码，实际上是计算机程序，随着它们在英国首次获得合法地位，它们在社会中逐渐获得了影响力。^[15]

区块链技术的实施是一个渐进的过程，涉及法律考虑因素，这些考虑因素将决定哪些是可行或实际的。例如，亚利桑那州在 2017 年推出了众议院法案 2417，该法案确认了智能合约，使其在法律上成为可接受的具有约束力的合同。^[16]截至 2015 年，田纳西州、内华达州、特拉华州、俄亥俄州和怀俄明州等 5 个州效仿此做法，制定了区块链立法。^[17]

此外，由于这项技术跨越国界，因此有必要在技术层面上制定标准，以确保互操作性和跨境交流（Allen 等人）。这需要公共部门与私营部门的合作以及国家和国际当局共同努力，才能使新的和更新的标准发挥作用。^[18]

案例叙述

区块链在交通运输中的应用

陆路、航空或海运的交通物流网络，都可以在不同程度上从区块链技术提供的安全性和问责制中受益。区块链的数据收集方面在这些行业中尤为宝贵，因为人员和货物以大量运输，区块链为运输组织提供了一种简化且安全的方法来跟踪和核算其货物。

公路运输

区块链技术可以为公路货物和人员的运输提供重大优势。商品的商业运输信息密集，需要多个参与者之间进行大量沟通。区块链技术可以通过以下方式在这过程中发挥积极作用：确保这些参与者相互连接，以及通过将所有分布式信息同步到网络中的所有参与者，更有效地管理跨货运代理、承运人、海关代理和银行的信息流。^[19]供应链数据的去中心化位置将提高透明度并消除冗余。一方面，它可以用于验证经常在不同入境点和整个供应链过程中多次易手的文件的真实性。^[20]例如，所有货物通常都附有提单，该单据记录了货物的数量和状况。当这些文件易手时，文件可能被篡改的风险很高。^[21]但是，将收到的文件添加到区块链中可以降低双重支出的可能性，并允许上面列出的多个参与者在没有中介的情况下进行安全、可信的交易。^[22]信息流和管理的改进将通过促进公路运输网络的透明度和信任，提高运输效率。^[23]此外，通过消除第三方验证，还将节省行政成本，因为交易费用将被绕过。

区块链技术可以用于帮助自动驾驶汽车之间的通信。自动驾驶汽车需要大量数据作为其机器学习架构的输入，而单一汽车制造商可能难以获取如此庞大的数据量。^[24]为了解决这个问题，通用汽车和其他汽车制造商正在转向区块链网络，以众包数据，同时保护隐私。^[25]

在作为拼车车队使用的情况下，区块链网络理论上可以允许在没有人工干预的情况下与由不同组织拥有的充电站进行安全交易。^[26]此外，对区块链网络中生成的数据的访问可以用于运输网络之外的第三方，例如保险公司。^[27]

航空

航空维护

区块链在飞机维护领域有许多应用。在这个行业，成本很高，安全是重中之重。出于这些原因，假冒的替换零件一直是航空运营商的担忧。^[28]未按照批准零件制造商严格标准生产的零件可能容易出现故障，从而可能导致财产和生命损失。2016年，美国国家运输安全委员会（NTSB）得出结论，在2010年至2016年期间，假冒零件故障事件导致超过20起坠机事故和7人死亡。^[29]为了遏制或消除假冒零件的使用，制造商可能会转向区块链技术。因为它提供了一个用于验证零件真伪的系统，因此减少了在飞机上意外使用假冒零件的风险，并最终减少了出售此类物品的整体动机。^[30]航空航天制造商霍尼韦尔已经开始在其服务中使用区块链，与其实现区块链的数字文档处理流程一起推出了一个在线网络门户网站。^[31]

区块链还提供了一种准确记录和审计飞机维护周期的方法。使用区块链，飞机维护人员和运营商能够始终如一地有效地记录每架飞机及其组件的生命周期，理论上可以细化到单个螺栓。^[32]这种能力带来了许多好处，包括提高维护效率、认证适当的维护操作以及预测未来的维护需求。^[33]这些改进的流程可能会降低运营商的成本，从而降低运营成本并将其传递给乘客或货物服务的消费者。

航空服务

区块链的数据收集属性为企业提供了许多会计优势。在航空业，这些优势可以从跟踪忠诚度计划的飞行员及其福利，到提高飞机运营效率。^[34]这些优势可以创造成本节约并提高收入生成。除了业务优势之外，区块链技术还可以通过构建增强的数字安全措施来确保数据隐私和完整性，从而为航空公司和飞机运营商提供增强的安全性并降低风险。^[35]

铁路

区块链已被包括铁路行业在内的多个行业采用。原因在于其透明度、数据安全和去中心化的特性。这些特性综合起来，支持铁路行业提供有效率且有效力的服务，将货物和乘客从一个地方运送到另一个地方。

以数字化为中心的区块链通过降低行业流程和运营成本，提高了效率和有效性。^[36]例如，数字化发行乘客车票能够消除纸质车票和多余的优惠券卡。所使用的技术还为乘客提供了多种支付和获取车票的方式。这种技术还具有追踪货运服务提供商处理的货物运输和相关文件的能力，这也提高了效率和有效性。^[37],许多企业、州和国家正在采用这项技术，以维持、发展和扩展他们的网络，并提高他们的商业模式。例如，在美国，一些主要的铁路公司加入了区块链技术联盟。BNSF铁路公司是北美货运运输公司中第一家一级铁路公司，运营着横跨28个州的约32,500英里的轨道，是第一家加入该联盟的铁路公司。其他公司，如CSX，也加入了马士基的基于区块链的货运追踪平台 TradeLens，以有效地追踪端到端货运。

即使俄罗斯缺乏对比特币等加密货币的信任，也在一定程度上接受了这项技术，因为它将有助于追踪和收集乘客数据。^[39]

海运

与其他运输部门看到的好处一样，区块链可以通过提高海运部门的效率和安全性来实现显著的成本节约。截至撰写本文时，海运行业需要大量的文件和官僚作风才能在其跨国和高度监管的环境中运营。区块链技术可以用更有效、更安全的系统取代这些广泛的文件审批流程。此外，它可以提供货物监管权证明，并通过清晰、安全的文档轻松解决争议。这些改进可以为航运组织带来显著的成本节约，这对多边贸易的总体成本产生重大影响。^[40]

IBM 和马士基已经合作建立了一个名为 TradeLens 的区块链平台。TradeLens 联盟成立于 2018 年，由五家最大的航运公司组成。^[41]与 TradeLens 竞争的是 CargoSmart-Oracle 联合系统，即全球航运业务网络（GSBN），该系统在同年推出。^[42]然而，这些网络的成员资格并不排他，至少有两家欧洲航运公司同时拥有这两个网络的成员资格。^[43]

展望

区块链技术有望解决运输行业面临的业务和技术挑战。虽然采用进展缓慢，但区块链网络在国际航运中的出现似乎是区块链在运输领域的一个重要里程碑。随着全球最大的航运组织的采用，这项技术的用例可以得到验证，并可以树立先例。同时，区块链在自动驾驶汽车开发中的潜力可能会大大缩短其开发所需的时间，因为竞争对手利用区块链的点对点共享特性来众包用于其系统机器学习的数据。总的来说，这种新兴技术似乎准备彻底改变世界上最古老、最大的行业之一的商业实践。

讨论问题

1. 区块链的基本设计特征在运输领域还有什么其他用途？
2. 区块链的哪些用例可以在没有区块链技术的情况下完成？
   1. 有哪些好处和弊端？
3. 运输领域存在哪些可能阻碍区块链技术采用的独特问题？

补充阅读

国际航空运输协会：航空业中的区块链：探索基础知识、用例和行业举措

德克萨斯农工大学：探索区块链——比特币背后的技术及其对转型运输的影响

中本聪：比特币：一种点对点的电子现金系统